纤维增强热塑性树脂成型体及其制造方法

技术领域

本发明涉及含有增强纤维和热塑性树脂的成型体，即纤维增强热塑性树脂成型体及其制造方法。

背景技术

作为对包含碳纤维等增强纤维和作为基质的热塑性树脂的纤维强化树脂的成型材料进行成型而制造成型体的方法，已知有例如使加热软化后的成型材料与下成型模具和上成型模具抵接而进行冲压成型的所谓的冲压成型(スタンピング成型)。在该成型体的制造方法中，通过使成型材料填充在由上成型模具及下成型模具形成的模腔内而进行成型，能够得到所期望的形状的成型体。

关于冲压成型来制造成型体的方法，例如在专利文献1、2中，为了防止加热软化后的成型材料在与下成型模具接触时被成型模具夺走热量而加速冷却固化，通过将成型材料载置于能够从下成型面升降的多个载置销的上端面，从而在成型模具合模之前，抑制成型材料与模腔形成面接触而被冷却。另外，在专利文献3中，为了制造即使是三维形状也没有褶皱等外观优异、且在角部等不具有熔接线的成型体，提出了在将成型材料弯曲(预赋形)载置于成型模具并进行冲压成型时，使特定区域重叠而进行冲压成型。

另一方面，在专利文献4中记载了如下方法：在成型热塑性树脂片材时，为了减少成型品的厚度不均，使成型品的四角部的厚度尽可能地厚，一边利用夹具把持加热软化后的热塑性树脂片材，一边在成型模具内进行成型。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-43639号公报

专利文献2：日本特开2016-36963号公报

专利文献3：国际公开第2017/110811号

专利文献4：日本特开平10-76570号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

然而，在专利文献1、2所记载的制造方法中，由于使用了从下模的成型模腔面(通过冲压成型而形成成型体的下模的面。以下简称为成型下表面)突出的载置销，因此与载置销接触的成型材料的面还是会冷却固化，无法充分地施加对成型材料的张力，在成型过程中产生的褶皱的去除不充分。而且，虽然载置销在铅垂方向(成型模具闭合的方向)上能够移动，但由于不能在水平方向上移动，因此在能够成型的设计上存在极限。

另外，在专利文献3所记载的制造方法中，需要预先对成型材料进行图案切割，无论如何都会产生端材。而且，需要将成型材料准确地载置于目标位置，在成型时使成型材料具有张力的机构过于复杂，因此存在放弃控制成型材料的张力的倾向。

在专利文献4所记载的制造方法中，由于通过线(成型材料的一边)把持成型材料即热塑性树脂片材，因此成型材料容易破损。另外，成型模腔的高低差仅仅在一个方向，虽然在利用沿着成型模腔的高低差的夹具机构进行把持的情况下能够成型，但是在使用在成型模具内在两个方向以上产生高低差的模腔的情况下，成型困难。换言之，在成型模腔为在两个方向以上具有高低差的复杂形状的情况下，无法除去成型时产生的面内方向的褶皱。而且，由于是依赖于热塑性树脂的拉伸性的成型方法，因此是伴随厚度的不均匀性的成型方法，在含有碳纤维和热塑性树脂的成型材料的情况下，拉伸极限低，在专利文献4所记载的成型方法中成型材料会破裂。

因此，本发明的目的在于，提供一种通过抑制被加热后的成型材料的冷却来制造成型体从而使设计性优异的成型体，另外，提供一种在其制造工序中能够减少图案切割端材量的制造方法。

用于解决问题的技术手段

为了解决上述课题，本发明提供以下的方案。

<1>

一种成型体，其特征在于，

所述成型体包含重均纤维长度1mm以上且100mm以下的增强纤维和热塑性树脂，

所述成型体具有：第一主形状面部；第二主形状面部，所述第二主形状面部与所述第一主形状面部以相交的状态连接；以及连接面部，所述连接面部与所述第一主形状面部和所述第二主形状面部两者连接，

所述连接面部在所述第一主形状面部和所述第二主形状面部所形成的谷侧从所述第一主形状面部和所述第二主形状面部突出，

在所述第一主形状面部和所述连接面部的边界区域以及所述第二主形状面部与所述连接面部的边界区域，增强纤维在面内方向连续地分散。

<2>

如<1>记载的成型体，其中，增强纤维是碳纤维。

<3>

如<1>或<2>记载的成型体，其中，

所述连接面部在连接所述第一主形状面和所述第二主形状面部的两个区域间配置。

<4>

如<1>～<3>中任一项记载的成型体，其中，

在所述第一主形状面部和所述第二主形状面部的边界区域，增强纤维在面内方向连续地分散。

<5>

如<1>～<4>中任一项记载的成型体，其中，

在所述连接面部，增强纤维在面内方向连续地分散。

<6>

如<1>～<5>中任一项记载的成型体，其中，

所述第一主形状面部和所述第二主形状面部所形成的谷的角度为45度以上且135度以下。

<7>

如<1>～<6>中任一项记载的成型体，其中，

所述连接面部包含弯曲连接的多个面状部。

<8>

如<1>～<7>中任一项记载的成型体，其中，

所述连接面部包含曲面部。

<9>

如<1>～<8>中任一项记载的成型体，其中，

厚度的变动系数为5.5％以下。

<10>

如<1>～<9>中任一项记载的成型体，其中，

在所述第一主形状面部和所述第二主形状面部中至少一者的端部具有朝向所述谷侧的边缘形状面部，

在所述边缘形状面部与所述第一主形状面部或所述第二主形状面部的边界区域，增强纤维在面内方向连续地分散。

<11>

如<1>～<10>中任一项记载的成型体，其中，

所述成型体使用片状的成型材料进行成型。

<12>

如<1>～<11>中任一项记载的成型体，其中，

所述连接面部与所述第一主形状面部和所述第二主形状面部中的至少一者所形成的谷的角度大于90度且小于180度。

<13>

如<1>～<12>中任一项记载的成型体，其中，

所述连接面部的从所述第一主形状面部和所述第二主形状面部的假想相交线突出的突出量的最大值为成型体的厚度的10倍以上。

<14>

一种成型体的制造方法，其特征在于，

所述成型体包含增强纤维和热塑性树脂，

将加热软化后的成型材料载置于从成型下模的模腔形成面以外的部分突出的成型材料载置部，

在将载置于成型材料载置部上的成型材料的外周区域的至少一部分固定在成型材料载置部的状态下，使成型上模和成型下模闭合，对成型材料进行冲压成型。

<15>

如<14>记载的成型体的制造方法，其中，

增强纤维为重均纤维长度1mm以上且100mm以下的碳纤维。

<16>

如<15>记载的成型体的制造方法，其中，

所述成型体是<1>～<13>中任一项记载的成型体，

固定于成型材料载置部的成型材料的外周区域的一部分是成型材料的外周区域R1，所述外周区域R1对应于所述第一主形状面部的与连接所述第二主形状面部的部分对置的端部。

<17>

如<16>记载的成型体的制造方法，其中，

固定于成型材料载置部的成型材料的外周区域的一部分是成型材料的外周区域R2，该外周区域R2对应于所述第二主形状面部的端部中与连接所述第一主形状面部和所述第二主形状面部的部分大致正交的端部。

<18>

如<16>或<17>记载的成型体的制造方法，其中，

所述连接面部的平均板厚Tp与成型材料的平均板厚Tm的关系为Tp/Tm＜3。

<19>

如<14>～<16>中任一项记载的成型体的制造方法，其中，

在成型材料载置于成型材料载置部时，在俯视观察成型下模时，成型材料覆盖成型下模的整个模腔形成面。

<20>

如<14>～<17>中任一项记载的成型体的制造方法，其中，

成型材料载置部由多个面构成，至少一个成型材料载置部能够相对于成型下模在水平方向和上下方向中至少一个方向上移动。

<21>

如<10>记载的成型体的制造方法，其中，

移动后的成型材料载置部的高度与成型下模的模腔形成面的高度对应地变化。

发明效果

根据本发明中的成型体及其制造方法，在成型体中几乎没有熔接部，在所述第一主形状面部与所述连接面部的边界区域、以及所述第二主形状面部与所述连接面部的边界区域，碳纤维在面内方向上连续地分散，因此在机械特性相同的情况下，与以往的成型体相比，能够使成型体重量轻量化，能够减少成型工序中的图案切割端材。

另外，由于不需要对复杂形状进行图案切割并准备成型材料，因此能够简化输送装置，输送装置的控制不会变得复杂，能够使输送系统稳定。

进一步，在作为本发明的一个实施方式的优选制造方法中，通过直到成型材料即将被加压之前防止与成型模具的接触，能够使能够成型的温度保持时间变长，能够成型的设计自由度变高。换言之，能够阻止因成型工序中的温度环境的变化而对成型工艺造成影响。

附图说明

图1是表示在冲压成型前沿着成型下模对成型材料进行预赋形的情形的示意图。

图2中，图2A是在成型材料载置部载置成型材料并进行冲压成型的示意图(成型材料载置部的动作的初期)。图2B是在成型材料载置部载置成型材料并进行冲压成型的示意图(成型材料载置部的动作的后期)。

图3中，图3A是成型体的一例的示意图。图3B是成型体的一例的示意图。图3C是成型体的一例的示意图。图3D是成型体的一例的示意图。图3E是成型体的一例的示意图。

图4是将销状的成型材料载置部设置于成型下模的示意图。

图5是设置有框状的载置部设置台的成型下模的示意图。

图6在框状的载置部设置台设置有成型材料载置部(销状)的示意图。

图7是表示框状的载置部设置台中的高低差较大的位置的示意图。

图8是框状的载置部设置台的高度与成型下模的模腔形成面的高度对应地变化的示意图。

图9中，图9A是示出从上方观察成型下模时设置于载置部设置台的成型材料载置部(销状)的配置的一例的示意图。图9B是示出从上方观察成型下模时设置于载置部设置台的成型材料载置部(销状)的配置的一例的示意图。图9C是示出从上方观察成型下模时设置于载置部设置台的成型材料载置部(销状)的配置的一例的示意图。图9D是示出从上方观察成型下模时设置于载置部设置台的成型材料载置部(销状)的配置的一例的示意图。图9E是示出从上方观察成型下模时，设置于载置部设置台的成型材料载置部(销状)的配置的一例的示意图。

图10是在想要不使用成型材料载置部而进行成型的情况下的示意图。图10是使成型上模的下降在中途停止，将已固化的成型材料取出观察的图。

图11是想要使用成型材料载置部来进行成型的情况下的示意图。图11是使成型上模的下降在中途停止，将已固化的成型材料取出并观察的图。

图12是以图3B的成型体为例地示出成型体的板厚的测定位置A～H的示意图。

图13是表示冲压成型时的成型下模的倾斜的示意图。

图14中，图14A是从矩形的材料切出图案切割后的成型材料的示意图。图14B是表示取出图案切割后的成型材料后残留的端材的示意图。图14C是未被复杂地图案切割的成型材料的示意图。

图15是表示碳纤维在面内方向分散的情形的示意图。成型体(或成型材料)的面内方向为X-Y平面方向。Z轴方向是与X-Y平面垂直的方向。

图16中，图16A是以图3B的成型体为例，用于说明成型体的各区域的示意图。图16B是以图3B的成型体为例，用于说明成型体的各区域的示意图。图16C是以图3B的成型体为例，用于说明成型体的各区域的示意图。图16D是以图3B的成型体为例，用于说明成型体的各区域的示意图。图16E是以图3B的成型体为例，用于说明成型体的各区域的示意图。

图17中，图17A是成型体和A-B方向的说明图。图17B是表示在制造图17A所示的成型体时，关于从截面方向观察时的成型材料的配置，成型材料被折叠而碳纤维的面内方向被破坏，在第一主形状面部与连接面部的边界区域(第二主形状面部与连接面部的边界区域)，碳纤维在面内方向上不连续地分散的情形的示意图。

图18中，图18A是表示将成型材料载置于成型材料载置部时的示意图。图18B是表示正在被冲压的成型材料的示意图。

图19中，图19A是表示扩大成型材料载置部之间的距离、在远离成型下模的模腔的位置具有成型材料载置部的示意图。图19B是表示成型上模下降，并且成型材料载置部在水平方向上移动而进行冲压成型的情形的示意图。图19C是表示成型上模下降、并且成型材料载置部在水平方向上移动而进行冲压成型的情形、且成型上模和成型材料载置部的动作从图19B所示的状态进一步发展的状态的示意图。

符号说明

101 成型材料

102 成型上模

103 成型下模

104 成型模腔

201 成型材料载置部(销状)

202 成型上模接触后下降的辅助销(与成型材料载置部联动地在上下方向上移动)

203 表示成型材料载置部201、辅助销202的动作方向的箭头

301 第一主形状面部

302 第二主形状面部

303 连接面部

304 边缘形状面部

305 边缘形状面部

401 成型下模模腔形成面

402 成型下模的非模腔形成面

501 以包围成型下模的模腔形成面的方式配置的用于设置成型材料载置部的台(载置部设置台)

601 设置于载置部载置台上的销状的成型材料载置台

701 不与成型下模的模腔形成面的高度对应且高度不变化的载置部设置台

801 与成型下模的模腔形成面的高度对应地变化的载置部设置台

901、902、903 成型材料载置部

1001 成型材料被折叠的区域

1101 成型材料未被折叠的区域

1401 进行图案切割而取出的成型材料(图14A的101)的剩余部分(端材、废弃物)

1501 增强纤维

1502 增强纤维在面内方向分散的成型体或成型材料

1601 第一主形状面部与连接面部的边界区域

1602 第二主形状面部与连接面部的边界区域

1603 第一主形状面部与第二主形状面部的边界区域

1604 连接面部

1701 成型材料折叠的情形

1901 载置成型材料后，随着上模关闭，载置部移动的方向

A、B、C、D、E、F、G、H 成型体的板厚的测定位置

2001 成型体

具体实施方式

[增强纤维]

本发明的实施方式所涉及的增强纤维优选为从由碳纤维、芳族聚酰胺纤维和玻璃纤维组成的组中选择至少一种。它们也可以并用，其中，对于含有碳纤维、玻璃纤维或玻璃纤维和碳纤维两者作为增强纤维的成型体，成为重量特别轻且强度优异的成型体，因此优选。作为玻璃纤维，可列举优选包含从由E玻璃、C玻璃、S玻璃、D玻璃、T玻璃、石英玻璃、硼硅酸玻璃等组成的组中选择的1种以上玻璃的玻璃纤维。

[碳纤维]

如上所述，作为本发明中使用的增强纤维，材料的种类没有限制，优选为碳纤维，所使用的碳纤维也没有特别限定，从拉伸强度优异的方面考虑，优选使用聚丙烯腈(PAN)系碳纤维。本发明中使用的碳纤维也可以是在表面附着有上浆剂的碳纤维。

[碳纤维的纤维长度]

本发明中使用的碳纤维是重均纤维长度Lw为1～100mm的不连续碳纤维。不连续碳纤维的重均纤维长度更优选为3～80mm，进一步优选为5～60mm。若重均纤维长度为100mm以下，则成型材料的流动性不会降低，在冲压成型时能够得到期望的成型体形状。另一方面，重均纤维长度为1mm以上时，成型体的机械强度不会降低，因而优选。

[碳纤维的纤维直径]

本发明中使用的碳纤维的单纤维直径只要根据碳纤维的种类适当确定即可，没有特别限定。平均单纤维直径通常优选在3μm～50μm的范围内，更优选在4μm～12μm的范围内，进一步优选在5μm～8μm的范围内。

[增强纤维体积比例]

在本发明中，对由下述式(1)定义的成型材料(或成型体)中所含的增强纤维体积比例(以下，有时简称为“Vf”)没有特别限定，但增强纤维体积比例(Vf)优选为10～60Vol％，更优选为20～50Vol％，进一步优选为25～45Vol％。

增强纤维体积比例(Vf)＝100×增强纤维体积/(增强纤维体积+热塑性树脂体积)式(1)

成型材料(或成型体)中的增强纤维体积比例(Vf)为10Vol％以上时，容易得到所期望的机械特性。另一方面，在成型材料(或成型体)中的增强纤维体积比例(Vf)不超过60Vol％的情况下，在冲压成型等中使用时的流动性良好，容易得到期望的机械特性。在本发明的实施方式所涉及的成型材料、成型体含有的增强纤维主要为碳纤维的情况下，有时将上述Vf称为碳纤维体积比例。

[纤维形态]

本发明中使用的增强纤维、特别是碳纤维可以仅是单丝状的纤维，也可以仅是纤维束状的纤维，也可以两者混合存在。在本发明中使用的碳纤维为纤维束状的情况下，构成各纤维束的单纤维(也称为单丝等)的数量没有特别限定，通常在1000根～10万根的范围内。通常，碳纤维为数千～数万根单纤维集合而成的纤维束状。在使用碳纤维作为碳纤维的情况下，如果直接使用碳纤维，则存在纤维束的缠结部局部变厚而难以得到薄壁的冲击吸收部件的情况。因此，在使用碳纤维作为碳纤维的情况下，通常将纤维束扩宽或开纤使用。

[增强纤维的取向]

本发明的成型体中，在成型体的至少一部分中，增强纤维(例如：好碳纤维)在面内方向上连续地分散。

面内方向是与成型体的板厚方向正交的方向(图15的X-Y方向)。在将成型体的面内方向设为X-Y轴、将板厚方向设为Z轴时，图15示意性地示出不连续的增强纤维在X-Y方向(面内方向)分散的例子。

另外，在本发明中，成型体的材料、即成型材料所包含的增强纤维也向成型材料的面内方向分散。若增强纤维在面内方向分散，则在面内的取向没有特别限定，可以在特定方向取向的同时分散。

从机械强度的均匀性的观点出发，优选如下状态：增强纤维不在一个方向那样的特定方向上取向，而是无序地取向，整体上不显示特定的方向性而配置在成型材料的面内。在增强纤维无序地分散的情况下，成型材料成为在面内不具有各向异性的、实质上各向同性的成型材料。

增强纤维的取向度通过求出相互正交的两个方向的拉伸弹性模量之比来进行评价。关于成型材料的任意方向以及与其正交的方向，优选分别测定的拉伸弹性模量的值中的较大值除以较小值而得到的(Eδ)比为10以下。Eδ更优选在5以下，进一步优选为在2以下，进一步优选为1.3以下。

[热塑性树脂]

本发明中使用的热塑性树脂没有特别限定，可以适当选择使用具有期望的软化温度的热塑性树脂。对于此处所说的热塑性树脂，在没有特别提及的情况下，是指作为复合材料中的基质的热塑性树脂，在说到“包含增强纤维和热塑性树脂”的情况下，是指成型材料、成型体由纤维强化热塑性树脂制成。

作为上述热塑性树脂，通常使用软化温度为180℃～350℃的范围内的热塑性树脂，但并不限定于此。

[成型体]

本发明的成型体是包含重均纤维长度1mm以上且100mm以下的增强纤维和热塑性树脂的成型体，具备第一主形状面部、第二主形状面部和连接面部。第一主形状面部和第二主形状面部以相交的状态连接，连接面部与第一主形状面部和第二主形状面部这两者连接。连接面部在第一主形状面部和所述第二主形状面部所形成的谷侧，从所述第一主形状面部和所述第二主形状面部突出。而且，在第一主形状面部与连接面部的边界区域以及第二主形状面部与连接面部的边界区域，增强纤维在面内方向上连续地分散。

在第一主形状面部与连接面部的边界区域以及第二主形状面部与连接面部的边界区域中，增强纤维在面内方向上连续地分散，从而该部分的机械特性变得均匀，因此优选。

另外，在第一主形状面部与第二主形状面部的边界区域中，若增强纤维在面内方向上连续地分散，则该部分的机械特性变得均匀，因此优选。

在图3A、图3B、图3C、图3D及图3E中示意性地示出成型体的例子。这些成型体具备：平面状的第一主形状面部301；与第一主形状面部301以相交的状态连接的平面状的第二主形状面部302；以及与第一主形状面部301和第二主形状面部302两者连接的连接面部303。第一主形状面部301和第二主形状面部302以弯曲状连接，第一主形状面部301和第二主形状面部302所形成的谷的角度为大致90度。

连接面部303配置在连接第一主形状面部301和第二主形状面部302的2个区域之间。即，配置在连接第一主形状面部301和第二主形状面部302的区域的中间部分。连接面部303是多个平面状部件被以弯曲状连接的形状。

图3A、图3C及图3D所示的成型体具有如下形状：与构成长方体的4个面相同形状的连接面部303与第一主形状面部301或第二主形状面部302连接，图3B所示的成型体具有如下形状：与构成梯形台的4个面相同形状的连接面部303与第一主形状面部301或第二主形状面部302连接。

另外，各部件以弯曲状连接是指，不需要严格地弯曲，也可以具有适当大小的R部。

本发明的实施方式所涉及的成型体优选连接面部与第一主形状面部和第二主形状面部中的至少一者所形成的谷的角度大于90度且小于180度，更优选为超过90度且小于135度，进一步优选为超过90度且小于120度。

在本发明的一个实施方式所涉及的成型体中，也可以是：连接面部与第一主形状面部所形成的谷的角度以及连接面部与第二主形状面部所形成的谷的角度这两者在上述范围内。

图3A、图3B、图3C、图3D及图3E的成型体的第一主形状面部301与第二主形状面部302所形成的谷的角度为大致90度，但不限于90度，可以为任意的角度，优选为45度以上135度以下。另外，连接面部303与第一主形状面部301或第二主形状面部302所形成的谷的角度也可以是任意的角度，优选大于90度且小于180度。

在第一主形状面部和第二主形状面部所形成的谷的角度小于45度的情况下，为了对成型材料施加均匀的压力，需要使第一主形状面部和第二主形状面部所形成的谷侧铅垂向下而制造成型体。更具体而言，在谷的角度小于45度的情况下，需要使在图13所示的成型在纸面方向的上下逆转，“谷”的面侧最先与成型下模接触而容易固化，因此难以作为设计面。换言之，在第一主形状面部和第二主形状面部所形成的谷的角度为45度以上的情况下，容易将谷侧作为设计面。另外，通过使用加热和冷却装置等，即使谷的角度小于45度，也能够将成型体的两面作为设计面，但装置、条件等变得繁杂。

在第一主形状面部和第二主形状面部所形成的谷的角度为135度以下的情况下，在第一主形状面部和第二主形状面部和边界区域中，能够抑制褶皱的产生，因此是优选的。

连接面部303从第一主形状面部301及第二主形状面部302突出成为作为成型体而有意义的形状的距离量。具体而言，连接面部从第一主形状面部与上述第二主形状面部的假想相交线突出的突出量的最大值优选为成型体的厚度的10倍以上，更优选为20倍以上，进一步优选为50倍以上，特别优选为70倍以上。在此，假想相交线是指，在图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E的成型体中，连结第一主形状面部301与第二主形状面部302的弯曲状连接部的线(在弯曲部具有R部的情况下，连结R部的中心的线)。连接面部303的突出量是从假想相交线的任意垂线与连接面部303相交的点的距离。作为成型体而有意义的形状通常是第一主形状面部301与第二主形状面部302所形成的谷的角度的中心方向的垂线与连接面部303相交的点的距离为成型体的厚度的10倍以上，因此判断基准为中心方向的垂线。

第一主形状面部301和第二主形状面部302所形成的谷的角度的中心方向的垂线也可以称为第一主形状面部301和第二主形状面部302的二等分线。

但是，也可以是基于其他方向的垂线的判断，也可以是利用了多个方向的垂线的判断。

另外，假想相交线与连接面部303的距离是距材料的厚度方向中心的距离。

图3C和图3D的成型体还在第一主形状面部301或第二主形状面部302端部具备平面状的边缘形状面部，该边缘形状面部朝向第一主形状面部301和第二主形状面部302所形成的谷侧。图3C的成型体具备与第一主形状面部301的端部和第二主形状面部302端部这两者连接的边缘形状面部304。另外，图3D的成型体具备与第一主形状面部301的端部和第二主形状面部302端部这两者连接的边缘形状面部304和仅与第一主形状面部301的端部连接的边缘形状面部305，边缘形状面部304与边缘形状面部305被连接。

在边缘形状面部304、305与第一主形状面部301或第二主形状面部302的边界区域，增强纤维可以在面内方向上连续地分散。由于增强纤维在面内方向上连续地分散，从而该部分的机械特性变得均匀，因此优选。

各部件以弯曲状连接的情况下的边界区域是弯曲部，在具有R部而连接的情况下，包含R部的区域是边界区域。

另外，不仅在边界区域，在与边界区域连接的第一主形状面部301、第二主形状面部302、连接面部303以及边缘形状面部304、305中，也优选增强纤维夹着边界区域在面内方向上连续。在该情况下，优选的是，从边界区域到至少增强纤维长的30倍左右的距离的区域，增强纤维夹着边界区域在面内方向上连续。

增强纤维在边界区域内沿面内方向连续地分散是指，例如如图16A的1601、1602、图16B的1603所例示那样，只要至少在边界区域的一部分连续分散即可，无需在整个边界区域连续地分散。

进而，如图16C所示，在连接面部，若增强纤维在面内方向上连续地分散，则连接面部的机械特性变得均匀，因此优选。

以上，平面状的第一主形状面部和平面状的第二主形状面部被弯曲状地连接，且在第一主形状面部和第二主形状面部被连接的两个区域之间配置有连接面部的成型体进行了说明，但成型体不限于这样的形状。

配置连接面部的位置也可以不是第一主形状面部和第二主形状面部被连接的两个区域之间而是在至少一侧具有连接区域。另外，连接面部不限于一个，也可以配置多个。

第一主形状面部和第二主形状面部中至少一者也可以是曲面状的部件。另外，连接面部也可以不仅包含多个平板状部件，也包含曲面状部件，连接面部也可以仅由曲面状部件形成，整体为曲面状。并且，关于任意设置的边缘形状面部，也可以是曲面状的部件。

在连接有曲面状部件的情况下形成的角度是边界区域附近的各部件的切线所形成的角度。

另外，第一主形状面部、第二主形状面部、连接面部以及边缘形状面部不限于板状，也可以至少一部分部件具有用于强度强化等的凹凸部、肋等。

另外，第一主形状面部、第二主形状面部、连接面部以及边缘形状面部的连接不限于具有R部或者不具有R部的弯曲连接，也可以是经由任意的曲面形状的连接部件的连接。该情况下的边界区域是包含曲面形状的连接部件的部分。

另外，本发明中的成型体也可以是图3E那样的形状。

[面内方向上的连续分散区域]

在第一主形状面部与上述连接面部的边界区域以及上述第二主形状面部与上述连接面部的边界区域中，碳纤维在面内方向上连续地分散是指，例如如图16A的1601、1602所例示的那样，只要在至少一部分连续分散即可，无需在整个面上连续地分散。

在第一主形状面部与上述连接面部的边界区域以及上述第二主形状面部与上述连接面部的边界区域，碳纤维在面内方向上连续地分散，从而该部分的机械特性变得均匀，因而优选。

另外，优选在上述第一主形状面部与上述第二主形状面部的边界区域中碳纤维连续地分散的成型体。具体而言，碳纤维在图16B的1603所例示的区域连续地分散即可。

进而，在上述连接面部中，也可以是碳纤维在面内方向分散的成型体。具体而言，优选碳纤维在图16C的1604所例示的区域连续分散。

在某个区域中，碳纤维在面内方向上连续地分散的情况下，意味着在该区域中成型材料并未被折叠(例如图17B的1701)地冲压成型。如果能够不折叠而进行冲压成型，则能够减轻成型体的重量，特别是在用于汽车部件等的情况下，能够有助于轻量化。

[成型体的厚度的变动系数]

若成型体的厚度的变动系数小，则外观更美观，因此优选。成型体的厚度的变动系数优选为5.5％以下，更优选为5.0％以下，进一步优选为4.5％以下。

另外，关于厚度的变动系数的测定方法在后面说明。

[成型体的实际平均板厚与设计板厚的关系]

本发明中的成型体的成型体的实际平均板厚除以设计板厚的值优选为0.9以上且小于1.15，更优选为0.95以上且小于1.10。

[成型材料的制造方法]

本说明书中所示的“成型材料”是指用于成型成型体的材料。

本发明中使用的成型材料可以使用通常公知的方法来制造，例如，关于作为成型材料前体的二维随机排列垫及其制造法，在美国专利第8946342号、日本专利公开公报特开2013-49208号公报的说明书中有详细记载。

[成型体的制造方法]

本发明中的成型体优选将加热软化后的成型材料载置于从成型下模的模腔形成面以外的部分突出的成型材料载置部，在将载置于成型材料载置部的成型材料的外周区域的至少一部分固定于成型材料载置部的状态下，闭合成型上模和下模，对成型材料进行冲压成型。

另外，虽然优选在固定的状态下闭合成型上模和成型下模，但不需要维持固定直到成型结束。

[成型材料的加热]

成型体的制造中的成型材料的加热温度优选为热塑性树脂软化到能够压缩成型的程度的温度，并且不是发生引起成型体产生品质异常那样的明显的加热分解程度的非常高的温度。

作为成型材料的加热温度，优选为热塑性树脂的软化温度以上且400℃以下的温度。加热温度为400℃以下、优选为350℃以下时，热塑性树脂的加热分解通常以不会引起成型体品质异常的程度完成。在此，热塑性树脂的软化温度在热塑性树脂为结晶性的情况下可以为结晶溶解温度、即所谓的熔点，在热塑性树脂为非晶性的情况下可以为玻璃化转变点。

[冲压成型]

作为使用成型材料制造成型体时的优选成型方法，利用冲压成型(有时也称为压缩成型)，能够利用热压成型、冷压成型等成型方法。

在本发明中，特别优选使用冷压的冲压成型。冷压法是例如将加热到第一规定温度的成型材料投入到设定为第二规定温度的成型模具内后，进行加压、冷却。

具体而言，在构成成型材料的热塑性树脂为结晶性的情况下，第一规定温度为熔点以上(结晶溶解温度以上)，第二规定温度低于熔点(小于结晶溶解温度)。在热塑性树脂为非晶性的情况下，第一规定温度为玻璃化转变温度以上，第二规定温度低于玻璃化转变温度。即，冷压法至少包含以下的工序(A-1)～(A-2)。

工序(A-1)是如下工序：在热塑性树脂为结晶性的情况下，将成型材料加温至熔点以上且分解温度以下，在热塑性树脂为非晶性的情况下，将成型材料加温至玻璃化转变温度以上且分解温度以下。

工序(A-2)是如下工序：在热塑性树脂为结晶性的情况下，将在上述工序(A-1)中加热后的成型材料配置于温度被调节为低于熔点(小于晶体溶解温度)的成型模具并加压，在热塑性树脂为非晶性的情况下将在上述工序(A-1)中加热后的成型材料配置于温度被调节为低于玻璃化转变温度的成型模具中并加压。

通过进行这些工序，能够完成成型材料的成型。

上述的各工序需要按照上述的顺序进行，但也可以在各工序间包括其他工序。其他工序例如有：在工序A-2)之前，使用与工序A-2)中使用的成型模具不同的赋形模具，预先赋形为成型模具的模腔的形状的赋形工序等。另外，工序A-2)是对成型材料施加压力而得到期望形状的成型体的工序，但此时的成型压力没有特别限定，优选相对于成型模具模腔投影面积小于20MPa，更优选为10MPa以下。

另外，当然也可以在冲压成型时将各种工序放入上述工序之间，例如也可以使用一边保持真空一边进行冲压成型的真空冲压成型。

[冷压法特有的课题]

在使用冷压法的情况下，在所述工序(A-2)中，成型材料被成型模具冷却。在冷却速度快的情况下，成型材料会在加压前固化，存在成型材料的赋形性、流动性降低的倾向。

从成型材料的赋形性、流动性的观点出发，优选在成型材料即将被加压前不被冷却，维持在工序(A-1)中加热后的温度。

[成型下模的模腔形成面]

通常，模腔是指在成型上模和成型下模闭合时形成的空间中用于形成作为目标的成型体的形状的空间部分。成型模腔的容积与作为目标成型体的体积基本相等。因此，在本发明中，将用于形成该空间部分的成型下模的面称为成型下模的模腔形成面。相反，成型下模的模腔形成面以外的部分是指无助于形成模腔的面，也称作非模腔形成面。

更具体而言，图4的401是成型下模的模腔形成面，图4的402是成型下模的非模腔形成面。

[成型材料载置部的形状]

成型材料载置部可以如图4的402所示那样使多个销状的成型材料载置部局部突出地配置，也可以如图5的501所示那样以包围成型下模的模腔形成面的方式配置，用于挂住成型材料的成型材料载置部从载置部设置台突出(图6的601)。

载置部设置台例如是用于设置销状的成型材料载置部(图6的601)的台。

在使用冷压成型法的情况下，通过像这样将成型材料载置于从模腔形成面的外侧向上方突出的成型材料载置部，从而能够在下成型模具及上成型模具的合模之前，抑制成型材料与下成型模具模腔形成面接触而冷却固化。同时，能够抑制在对成型材料施加压力之前产生流动性降低的部位，能够在良好地保持成型材料整体的流动性的状态下进行合模。即，能够对成型材料的整体均等地施加充分的大小的加压力而进行加压。

特别是，成型材料载置部不是从成型下模模腔突出地配置，而是在成型下模的模腔形成面的周围配置成型材料载置部，因此对于与成型下模接触而得到的成型体的整个面，能够良好地保持外观性。

另外，在将成型材料载置于成型材料载置部时，无需在成型材料的全部部位避免与成型下模的模腔形成面的接触。即，成型材料的一部分也可以以流动性不会大幅恶化的程度与成型下模的模腔形成面接触。

[成型材料载置部的效果]

在本发明中，优选的是，加热软化后的成型材料载置于从成型下模的模腔形成面以外的部分突出的成型材料载置部，在将载置于成型材料载置部的成型材料的外周区域的至少一部分固定于成型材料载置部的状态下，闭合成型上模和成型下模，对成型材料进行冲压成型。

通过该操作，在成型材料在模腔内被冲压成型时，能够减少成型材料折叠的情况。在不将成型材料的外周区域固定于成型材料载置部而进行冲压成型的情况下，成型材料随着成型模具闭合而滑落，有在连接面部折叠的倾向(例如，图10的1001区域、图17B)。在成型材料折叠的状态下进行冲压成型时，在得到的成型体的第一主形状面部与连接面部的边界区域以及第二主形状面部与连接面部的连接区域，产生碳纤维三维取向的位置。即，如图17B所示，在成型材料折叠的情况下，碳纤维在弯折的部分沿B轴方向取向。在该情况下，成型体的厚度局部增加，成型体重量增加，并且产生机械特性的不均匀或降低。其结果，难以满足要求轻量化的汽车等部件要求。

若使用本发明的优选成型方法，则如图11的1101区域所示，能够防止成型材料被折叠。

[将成型材料固定于成型材料载置部的位置]

固定于成型材料载置部的成型材料的外周区域的一部分优选为成型材料的外周区域R1，该外周区域R1对应于所述第一主形状面部的与连接所述第二主形状面部的部分对置的端部。具体而言，优选在图9A、图9B及图9C的901所示的位置设置成型材料载置部。另外，图9A、图9B、图9C、图9D以及图9E是从铅垂上方观察图5所示的成型下模的各种实施方式的示意图。

而且，固定于成型材料载置部的成型材料的外周区域的一部分优选为成型材料的外周区域R2，该外周区域R2对应于所述第二主形状面部的端部中的与连接所述第一主形状面部和所述第二主形状面部的部分大致正交的端部。具体而言，优选在图9D的902、图9E的903所示的位置设置成型材料载置部。

[成型材料载置部的动作]

优选的是，成型材料载置部由多个面构成，至少一个成型材料载置部能够相对于成型下模在水平方向或上下方向的至少一个方向上移动。

(1)垂直方向

如果能够在垂直方向上移动，则即使在使用大的成型材料制造连接面部的突出量小的成型体的情况下，成型材料也不会与成型下模接触，能够将成型材料载置于成型材料载置部。

使用图2A以及图2B对具体的垂直方向的动作进行说明。图2A的201和202能够在203的箭头方向(上下方向)上移动。在将201的顶端作为载置台载置成型材料后，成型上模下降并与202接触，与201连动，从而如图2B所例示那样使载置台(201的顶端)下降即可。

特别是，在成型下模的投影最大距离L与该两点间的成型下模的沿面距离L2的关系为L1×1.1＜L2的情况下，有可能产生成型材料的破损，但通过上述结构能够显著地解决该课题。在L1×1.3＜L2的情况下，能够更显著地解决课题。

(2)水平方向

若能够沿水平方向移动，则能够使成型材料载置部的间隔如图19A所示那样扩大，在将成型材料载置于成型材料载置部时，成型材料不易与成型下模成型面接触。在载置成型材料后，随着成型下模和上模的闭合，成型材料载置部以接近下模成型模腔的方式移动，由此成型材料不会被成型上模延伸超过需要。

使用图18A以及图18B以及图19A、图19B以及图19C对具体的水平方向的动作进行说明。如图18A及图18B所示，在最初使成型材料载置部接近成型下模模腔而成型的情况下，成型材料部分地延伸而成型。另一方面，如图19A、图19B和图19C所示，如果处于从成型下模模腔向上下方向和水平方向远离的位置的成型材料载置部是随着成型上模闭合而接近成型下模模腔的操作，则成型材料能够不被局部拉伸地成型。其结果，能够防止局部的成型材料的破损。图19A的1901是描绘了成型材料载置部接近成型下模模腔的箭头。

[成型材料载置部的高度]

在成型材料载置部能够相对于成型下模沿水平方向或上下方向中的至少一个方向移动的情况下，优选移动后的成型材料载置部的高度与成型下模的模腔形成面的高度对应地变化。图8例示了与成型下模的模腔形成面的高度对应地变化的载置部设置台。

通过使载置部设置台从图7的701如图8的801那样变化，能够将成型材料载置于与成型模具相近的形状，因此能够减少成型时成型材料过度伸长而破损的担忧。换言之，即使是薄壁的成型材料也能够充分成型，因此能够减少成型体的多余部分。

[连接面部的平均板厚Tp与成型材料的平均板厚Tm的关系]

连接面部的平均板厚Tp与成型材料的平均板厚Tm的关系优选为Tp/Tm＜3。在使用本发明的优选的成型方法的情况下，由于特定的成型材料的端部固定于成型材料载置部，因此如图18示意性所示，成型材料能够在模腔内不折弯而进行冲压。在该情况下，能够将连接面部的平均板厚Tp与成型材料的厚度Tm的关系设为Tp/Tm＜3。优选Tp/Tm＜2。在此，当然Tp和Tm是以相同单位表示的数值，大多是以mm单位表示的数值。

另外，连接面部的平均板厚的测定方法在后面说明。

[成型材料的载置方法]

在向成型材料载置部载置时，在俯视成型下模的情况下，成型材料优选覆盖成型下模的整个模腔形成面。

例如，在使用图14A所记载的成型材料101的情况下，在俯视成型下模的情况下，不会覆盖形成下模的模腔形成面整体。在本说明书中，将为了沿着成型模具进行预赋形而预先切割成型材料而得到的材料称为图案切割材料。

在使用图14A所示的成型材料101(图14A的涂黑部分)的情况下，如果使成型材料沿着成型模具进行预成型，则能够满足上述Tp/Tm＜3。但是，在该情况下，产生以下(i)～(iv)的课题。

(i)需要严格的预赋形工艺，工艺变得复杂。

(ii)由于在预赋形时成型材料与成型模具接触，因此在使用冷压法的情况下，成型材料的赋形性、流动性容易降低。

(iii)在使用复杂地图案切割(特别是以切口进入成型材料内部的方式进行图案切割)而成的成型材料的情况下，成型体中产生机械特性弱的熔接部。

(iv)由于图14A的成型材料101由矩形的材料切出，因此产生图14B的1401(斜线区域)所示的端材。

另一方面，若将图14C所示的成型材料加热软化，载置于从成型下模的模腔形成面以外的部分突出的成型材料载置部，在将载置于成型材料载置部的成型材料的外周区域的至少一部分固定于成型材料载置部的状态下，闭合成型上模和下模，对成型材料进行冲压成型，则解决上述(i)至(iv)的课题。在图14C所示那样的成型材料中，在向成型材料载置部载置时，在俯视成型下模的情况下，覆盖成型下模的整个模腔形成面。

[冲压方向]

本发明中的冲压成型为了使来自成型上下模的压力容易施加于成型材料整体，如图13所示，从水平方向倾斜角度θ地进行冲压成型即可。

实施例

以下，使用实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于这些实施例。

1.以下的制造例、实施例中使用的原料如下。需要说明的是，分解温度是基于热重量分析而得的测定结果。

·增强纤维(PAN系碳纤维)

帝人株式会社制的PAN系碳纤维“テナックス”(注册商标)STS40-24K(平均单纤维直径7μm)

·聚酰胺6(以下，有时简称为PA6。)

结晶性树脂、熔点225℃、分解温度(空气中)300℃。

2.本实施例中的各值按照以下的方法求出。

(1)碳纤维体积比例(Vf)的分析

将成型体在500℃×1小时的条件下在炉内燃烧除去热塑性树脂，称量处理前后的试样的质量，由此算出碳纤维成分和热塑性树脂的质量。接着，使用各成分的比重，算出碳纤维与热塑性树脂的体积比例。关于成型材料，也以Vf(下述式)表示所含有的碳纤维体积比例。

Vf＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)

(2)成型体中所含的碳纤维的重均纤维长度的分析

成型体中所含的碳纤维的重均纤维长度通过如下方式求得，以500℃×1小时左右的条件，在炉内除去热塑性树脂后，用游标卡尺及放大镜将随机提取的100根碳纤维的长度测定至1mm单位并记录，根据测定的全部碳纤维的长度(Li，此处i＝1～100的整数)，通过下式求出重均纤维长度(Lw)。

Lw＝(ΣLi

需要说明的是，关于成型材料中所含的碳纤维的重均纤维长度，也可以通过与上述同样的方法进行测定。

(3)碳纤维的面内分散

根据所得到的成型体，切出下述部位并进行加热，如图17B所示，调查成型材料是否被折叠。在成型材料已被折叠的情况下，碳纤维的面内分散为“不连续”，在未折叠的情况下为“连续分散”。

·第一主形状面部与连接面部的边界区域(图16A的1601)

·第二主形状面部与连接面部的边界区域(图16A的1602)

·第一主形状面部与第二主形状面部的边界区域(图16B的1603)

·连接面部(图16C的1604)

(4)熔接部

对成型体进行外观观察，评价有无熔接部。

(5)成型体的板厚

图12示出了所制成的成型体形状。分别测定图12的A～H处的板厚。根据测定结果，求出成型体的平均板厚(mm)、成型体的厚度的变动系数。另外，求出相对于设计板厚的成型体实测平均板厚。

[成型材料的制造例1]

作为增强纤维，使用切割成平均纤维长度20mm的帝人株式会社制的PAN系碳纤维“テナックス”(注册商标)STS 40-24K(平均纤维直径7μm、单纤维数24000根)，作为树脂，使用ユニチカ社制的尼龙6树脂A1030，基于美国专利第8946342号中记载的方法，制作了碳纤维二维随机取向的碳纤维及尼龙6树脂的成型材料前体。将得到的成型材料前体在加热至260℃的压制装置中，以2.0MPa加热5分钟，得到平均厚度2.2mm的成型材料(i)。碳纤维体积比例(Vf)为35％，碳纤维的纤维长度为固定长度，重均纤维长度为20mm。

[成型材料的制造例2]

将成型材料的平均厚度设为2.7mm，除此以外，与制造例1同样地得到成型材料(ii)。另外，一般而言，冲压后的成型体的板厚比成型材料稍薄。

[实施例1]

准备用于制造作为图12所示的概念的一个实施方式的成型体的成型上下模具，成型上下模具均预先设定为150℃。以下示出成型体的具体形状。

·连接面部与第一主形状面部所形成的谷的角度为93度。

·连接面部与第二主形状面部所形成的谷的角度为96度。

·第一主形状面部和第二主形状面部所形成的谷的角度为90度。

·连接面部从第一主形状面部与第二主形状面部的假想相交线的突出量为234mm，为成型体的厚度2.5mm的93.6倍。

将成型材料(i)切成矩形状，使用IR烘箱加热至300℃，穿刺固定于图9C的901所示的载置台(4个)上，将成型材料载置于成型下模。在成型材料放置在成型材料载置部时俯视成型下模时，成型材料覆盖成型下模的模腔形成面整体。在降低成型上模的同时，不移动载置台，对成型材料进行冷压成型，制成成型体。将得到的成型体的评价示于表1。

[实施例2]

将成型材料(ii)切成矩形状，扎入图9D所示的成型材料载置台(6个)上之后，如图19A、图19B和图19C所示，即，使成型上模下降，同时使成型材料载置台接近成型模具模腔而移动，除此以外，与实施例1同样地制造图12所示的形状的成型体。将得到的成型体的评价示于表1。另外，图9D示出的成型材料载置台的位置是移动后的位置。

[实施例3]

除了将成型材料扎入在图9E所示的载置台(8个)上以外，与实施例2同样地制造图12所示的成型体。将得到的成型体的评价示于表1。与实施例2同样地，图9E的903所示的成型材料载置台是使成型上模下降并且接近成型模具模腔后的位置。

[比较例1]

不在成型下模设置成型材料载置台，直接在成型下模上载置成型材料，除此以外，与实施例2同样地进行冷压，制造图12所示的成型体。将结果示于表1。

[比较例2]

不在成型下模设置成型材料载置台，将成型材料(ii)如图14A那样进行图案切割，使用国际公开第2017/104857号中记载的机械臂，将成型材料准确地预赋形于成型下模，除此以外，与实施例2同样地进行冷压成型，制造图12所示的成型体。将结果示于表1。另外，由于进行了图案切割，因此图14B的1401所示的部分变成废弃物。

[表1]